Jak vybrat správný design dilatačního spoje pro plášť výměníku s pevnými trubkami z PTFE?

Pevný-trubkový výměník tepla z PTFE je mechanicky jednoduchý a často ekonomicky atraktivní, ale jeho konstrukce zahrnuje základní tepelný konflikt. PTFE trubky se při zvyšující se teplotě silně roztahují, ale okolní ocelový plášť se roztahuje velmi málo. Pokud je pohyb omezený, může nesoulad způsobit obrovské axiální napětí. Některá část výměníku se musí ohnout, aby absorbovala tuto rozdílnou expanzi. Odpovědí je kovový vlnovcový dilatační spoj přivařený ke skořepině -, což je pružný segment podobný akordeonu-, který se roztahuje a smršťuje, když svazek PTFE trubek během provozu tepelně dýchá.

Sestava vlnovce je jedinou nejdůležitější mechanickou součástí v celém systému výměníku pro jakýkoli výběr výměníku s pevnými trubkami z PTFE kompenzátoru.

Proč jsou u PTFE výměníků potřebné kompenzátory
Extrémní tepelná roztažnost PTFE
Koeficient tepelné roztažnosti PTFE je mnohem vyšší než u uhlíkové oceli nebo nerezové oceli. Trubky PTFE se mohou se změnami provozní teploty několikanásobně roztáhnout oproti skořepinové konstrukci kolem nich.

Bez flexibilního systému odměňování mohou nastat významné problémy:

Deformace v trubkovnici

Prasknutí trubky

Nadměrné axiální síly

Praskání skořápky

Únava svaru

Poruchy úniku

Dilatační spára je zónou řízených pohybů a neumožňuje koncentraci tepelných pnutí v tělese výměníku.

Měch jako flexibilní tlaková hranice
Vlnovce jsou kovové plíce výměníku, které vdechují a vycházejí při každém tepelném cyklu, a přitom zachovávají integritu tlakové bariéry. Pokud existuje náležitá flexibilita, svazek PTFE trubek se může přirozeně roztahovat a smršťovat, aniž by došlo k nadměrnému{1}}namáhání pláště.

Tato přizpůsobivost musí být navržena záměrně, spíše než napodobována s generickým potrubním zařízením.

Klíčová konstrukční kritéria pro výběr dilatačních spár
Plný zdvih v axiálním směru
Nejkritičtějším parametrem při dimenzování dilatačních spár je schopnost axiálního pohybu. Měch musí bezpečně pojmout celkovou odhadovanou tepelnou roztažnost způsobenou PTFE trubicemi v celém rozsahu provozních teplot.

Typické konstrukční výpočty berou v úvahu:

Délka trubky

Koeficient tepelné roztažnosti PTFE

Rozdíly teplot při spouštění

Kontrakce při vypnutí

Situace narušená procesu

Maximální návrhová teplota (MDT)

Příliš krátká cesta může přetáhnout měch nebo způsobit selhání v důsledku únavy při stlačení.

Proč máme rádi Thick-Walled Single-Ply Bellows
Požadavky na odolnost vůči tlaku
U pevných-trubkových výměníků PTFE je vlnovec vystaven vnitřnímu tlaku pláště, ale je také schopen pohybu. Tenký, vícevrstvý měch, který se často používá v nízkotlakých potrubních systémech, nemusí být pro tento účel dostatečně pevný.

Z tohoto důvodu se často používají tlustostěnné jednovrstvé měchy.

Mezi výhody patří:

Zvýšená strukturální pevnost

Lepší zadržování tlaku

Zvýšený přídavek na korozi

Lepší manipulace s odolností proti poškození

Nižší náchylnost k oddělování vrstev

Sestava měchu není jen flexibilní konektor. Je to část tlakové nádoby, která je současně vystavena tepelnému, tlakovému a únavovému zatížení.

Výběr materiálu vlnovce
Proč je nerezová ocel 316L tak běžná
Nejoblíbenějším materiálem pro měchy pláště výměníku je nerezová ocel 316L, protože nabízí kombinaci:

Odolnost proti korozi

Svařovací dovednosti

Vlastnosti únavy

Dostupnost:

Mechanická ohýbatelnost

Odolnost proti atmosférické korozi je pak rozhodujícím faktorem, protože měchy jsou obvykle na straně vnějšího pláště, spíše než v přímém kontaktu s agresivní chemií procesu.

Nebezpečí vnější koroze
Prostředí rostlin, kde jsou měchy umístěny, je může vystavit:

Kyselinové výpary

Silná-vlhkost

Smyjte chemikálie

* Postup při rozlití

Kontaminace chloridem

Zejména stopové chloridy jsou velmi škodlivé, protože mohou způsobit vnější korozní praskání vlnovců z nerezové oceli při namáhání tahem.

Proces výběru materiálu tak musí vzít v úvahu jak pracovní proces, tak i vystavení prostředí kolem instalace výměníku.

Design únavového života a konvoluce
Role konvoluční geometrie
Konvoluce jsou zvlnění, které se pohybem tepla stlačuje a prodlužuje, aby se vytvořila pružnost měchu.

Design se bude skládat z:

Počet konvolucí

Výška konvoluce

Tvar hřiště

Tloušťka stěn

Axiální konstanta pružiny

Příliš málo závitů může způsobit příliš velkou tuhost a příliš mnoho závitů může způsobit menší tlakovou schopnost a odolnost proti únavě.

Problémy tepelného cyklování
Výměníky, které procházejí četnými spouštěcími-spouštěními, odstávkami nebo podmínkami dávkového procesu, jsou vystaveny opakovaným teplotním cyklům, které způsobují cyklické namáhání materiálu měchu.

Pro aplikace s vysokým{0}}cyklem jsou nutné konstrukce měchů odolné proti únavě.

Další technická opatření mohou zahrnovat:

Optimalizovaný tvar konvoluce

Oblasti se sníženou koncentrací stresu

Zlepšená kontrola kvality svaru

Omezení pohybu

Části zesílených límců

K únavovému selhání obvykle dochází progresivně iniciací trhlin v silně namáhaných kořenech konvoluce.

Shoda se standardy EJMA a ASME
Kritéria návrhu EJMA
Dilatační spoje v pláštích tlakových výměníků musí být navrženy v souladu s kritérii stanovenými Sdružením výrobců kompenzátorů (EJMA).

Přístup EJMA poskytuje návrhy týkající se:

Výpočet stresu

Analýza únavy

Hodnocení tlaku

Omezení pohybu

Predikce síly pružiny

Predikce životního cyklu

ASME Dodatek 26
V aplikacích s tlakovými nádobami může ASME dodatek 26 také vést návrh měchu a hodnocení povoleného napětí.

Použití zavedených konstrukčních předpisů pomáhá zajistit, že kompenzátor je považován za plně navrženou tlakovou komponentu a nikoli za položku příslušenství.

Ochrana měchů před mechanickým poškozením
Význam vnějších plášťů
Vnější mechanické poškození vlnovců od nástrojů, pěší dopravy, padajících předmětů nebo údržbářských prací může způsobit zranitelnost.

Proto by měla být skupina měchů vybavena vnějším ochranným pláštěm.

Plášť chrání před:

Poškození nárazem

Náhodná deformace

Hromadění trosek

Expozice počasí

Personální kontakt.

Fyzická ochrana je zásadní pro dlouhodobou spolehlivost, protože malé promáčknutí nebo deformace mohou výrazně snížit únavovou životnost.

Proč vypnuté--dilatační spoje polic nefungují
Technické požadavky na míru
Pevný-trubkový výměník PTFE vede k velmi specializovaným podmínkám zatížení:

Vysoký tepelný posun

tlak »

Cyklické zatížení

Expozice korozívnímu prostředí

Mechanické třepání

Ex--policové kompenzátory potrubí jsou zřídkakdy vhodné v provozu, protože nejsou určeny ke splnění kombinovaných požadavků na pohyb a tlak při provozu výměníku PTFE.

Místo toho by každá sestava měchu měla být konstruována tak, aby vyhovovala geometrii výměníku a provozním podmínkám.

Shrnutí
Dilatační spoj je důmyslně zkonstruovaný flexibilní článek, který překonává základní dilema tepelného namáhání pomocí pevného-trubkového výměníku tepla z PTFE. Vlnovec bezpečným způsobem kompenzuje velký teplotní rozdíl mezi PTFE trubkami a okolním ocelovým pláštěm a zabraňuje škodlivému mechanickému zatížení výměníku při zachování integrity tlaku.

Volba pevného trubkovnicového PTFE výměníku se správně dimenzovaným kompenzátorem je výsledkem pečlivého zvážení kapacity axiálního zdvihu, tloušťky stěny, geometrie konvoluce, odolnosti proti únavě, odolnosti proti korozi a dodržování konstrukčních norem EJMA nebo ASME. Pro dlouhodobou-životnost je stejně důležitá správná vnější ochrana a kompatibilita s životním prostředím.

Jedním z nejspolehlivějších strojů v technice tepelných zařízení je často ten, který je určen k tomu, aby se s grácií přizpůsobil vlastnímu vnitřnímu pohybu, spíše aby mu tvrdě odolával.